Порошок ПТФ (Ti70V30) фракции до 100 мкм

Порошок ПТФ (Ti70V30) — порошок сплава титан–ванадий с соотношением компонентов 70:30 по массе, фракцией до 100 мкм, по ТУ 14-1-4699-2003. Это сырьё для неиспаряющихся (нераспыляемых) газопоглотителей — геттеров, которые поддерживают вакуум внутри электровакуумных и газоразрядных приборов, атомно-лучевых трубок, вакуумных камер. Обозначение «ПТФ ТУ 14-1-4699-2003» для порошка титан–ванадий 70:30 приводится, например, в патенте РФ № 2513563 «Спеченный неиспаряющийся геттер» (ФГУП «НПП «Исток», 2012 г.).

Что такое неиспаряющийся геттер

Геттер (газопоглотитель) — материал, который связывает газы, оставшиеся или выделяющиеся в запаянном вакуумном приборе. Без него давление внутри прибора со временем растёт: газы выделяются из стенок и деталей, проникают через спаи. Геттеры бывают двух видов:

• испаряемые (распыляемые) — например, бариевые: металл испаряют и осаждают плёнкой на стенку колбы;
• неиспаряющиеся — пористые таблетки, кольца, пластины или покрытия из активных металлов. Их поверхность сначала «вскрывают» нагревом в вакууме (активируют), после чего металл поглощает газ всем объёмом, образуя твёрдые растворы и соединения.

Неиспаряющиеся геттеры делают из переходных металлов — циркония, титана, ниобия, тантала, ванадия — и их двойных и тройных сплавов. Они обратимо поглощают водород и необратимо — кислород, пары воды, оксиды углерода, в ряде случаев азот. Инертные газы геттеры не поглощают.

Почему титан и ванадий

Титан — один из самых активных газопоглотителей и основа многих геттерных сплавов. Ванадий, как и хром, марганец, железо и никель, в таких сплавах снижает температуру активирования. Это прямо указано в патенте РФ № 2118231 на неиспаряемые геттеры из порошковых сплавов.

Состав 70:30 выбран не случайно. В патенте № 2513563 экспериментально установлено, что слои из порошка титан–ванадий 70:30 оптимальны для низкой температуры активации. У пористого геттера из этого сплава она составляет около 430–450 °C — это обычная температура обезгаживания вакуумных приборов, поэтому геттер активируется при обезгаживании прибора и отдельный нагрев не нужен. Кроме того, порошок хорошо спекается, и спечённый геттер получается одновременно пористым и прочным.

Характеристики порошка ПТФ

Показатель	Значение
Основа	сплав титан–ванадий
Соотношение Ti:V	70:30 (% по массе)
Фракция	до 100 мкм
Нормативный документ	ТУ 14-1-4699-2003
Назначение	изготовление неиспаряющихся геттеров методами порошковой металлургии

Фактический химический и гранулометрический состав партии указывается в сертификате качества. При необходимости согласуют дополнительный ситовый анализ или отсев узкой фракции.

Как получают титан-ванадиевые порошки для геттеров

Распространённый способ — гидридно-кальциевое восстановление. Смесь оксидов титана и ванадия нагревают с гидридом кальция CaH₂, взятым с избытком 10–20 % против стехиометрии. По патенту № 2118231 восстановление ведут при 1180–1230 °C с выдержкой 7–15 часов. Получается «спек» — металлический порошок в смеси с оксидом кальция. Его бережно дробят, гасят в воде и отмывают слабым раствором соляной кислоты, сохраняя внутреннюю пористость частиц — от неё зависят сорбционные свойства.

Пример из того же патента: для получения 1 кг порошка «титан 70 %, ванадий 30 %» берут 1,160 кг TiO₂, 0,440 кг V₂O₃ и 1,990 кг CaH₂, восстанавливают при 1190 °C 12 часов. Готовый порошок содержит 28,9 % ванадия и 0,29 % оксида кальция, остальное — титан. Небольшой остаток CaO (не более 1 %) оставляют намеренно: он работает как антиспекающая добавка и сохраняет пористость геттера при многократных нагревах до 300–700 °C.

Как из порошка делают геттер

• Прессование или прокатка. Порошок прессуют в оснастке или прокатывают в валках в пластину. В патенте № 2118231 пластину 0,7 × 20 × 150 мм из порошка Ti–V прокатывали при давлении около 40 кг/см².
• Вакуумное спекание. Там же пластину спекали в вакууме при 850 °C в течение 1 часа; в патенте № 2513563 трёхслойный геттер спекали при 970–990 °C 40 минут после прессования при давлении не менее 100 кг/см².
• Контроль. Готовый геттер проверяют на сорбционную ёмкость и механическую прочность: геттер не должен осыпаться, иначе частицы попадут в рабочий объём прибора.

Трёхслойный геттер «Истока»

Патент № 2513563 описывает геттер для атомно-лучевых трубок на пучках атомов цезия. Первый и третий слои — из порошка ПТФ (титан–ванадий 70:30) со средним размером гранул 60 мкм, средний слой — смесь того же порошка с интеркалированным углеродом (от 80:20 до 99:1 по массе), который поглощает пары цезия. Толщина наружных слоёв — от 20 до 200 средних размеров частиц порошка. Пористость спечённого геттера — 30–60 %, а его активная поверхность не менее чем в 500 раз больше геометрической.

После активации в вакууме при температуре около 450 °C в течение 30 минут такой геттер поглощает водород, кислород, азот и пары цезия. По данным патента сорбционная ёмкость составила около 1000 Па·м³/кг по водороду и около 2000 Па·м³/кг по парам цезия, механическая прочность — (30–90)·10⁵ Н/м² в зависимости от толщины среднего слоя.

Где применяют геттеры из порошка Ti–V

• электровакуумные и газоразрядные приборы, электронно-лучевые трубки;
• атомно-лучевые трубки квантовых стандартов частоты на цезии и рубидии;
• средства вакуумной откачки больших газовых потоков: патент № 2118231 указывает предельное давление порядка 10⁻¹⁰ Па;
• вакуумные камеры ускорителей и термоядерных установок (в патенте № 2118231 упоминаются токамак Т-15 и ускоритель LEP в ЦЕРН);
• термоизоляционные вакуумные сосуды;
• очистка инертных газов от активных примесей.

Хранение и безопасность

Мелкие порошки титана и его сплавов — активные материалы. Их хранят в герметичной таре, лучше в среде аргона, вдали от огня и окислителей, не допускают пыления и контакта с влагой. Вскрытую тару повторно закрывают под инертным газом. Работать с порошком нужно в средствах защиты органов дыхания; просыпанный порошок не сметают сухой щёткой, а собирают способами, исключающими искру.

Родственные материалы

Другие порошки для газопоглотителей — в разделе «Порошки для газопоглотителей». Чистый титан в порошке — на странице «Порошок титановый», металлический ванадий — «Ванадиевый пруток».

Частые вопросы о порошке ПТФ

Что означает Ti70V30?

Это состав сплава: 70 % титана и 30 % ванадия по массе. В патентах тот же состав записывают как TiV30 или «титан–ванадий 70:30».

Какая температура нужна для активации геттера из этого порошка?

По данным патента РФ № 2513563 — около 430–450 °C в вакууме в течение 30 минут. Это совпадает с температурой обезгаживания вакуумных приборов.

Поглощает ли такой геттер инертные газы?

Нет. Неиспаряющиеся геттеры связывают только активные газы: водород, кислород, азот, оксиды углерода, пары воды. Инертные газы остаются в объёме прибора.

Заказ

Для заказа порошка ПТФ укажите требуемую фракцию, количество, особые требования к составу и упаковке (инертный газ, фасовка). Пришлите запрос — ответим по срокам и условиям поставки.